Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Прн расчетах используются данные не менее трех контрольно измерительных станций, расположенных на территории России (западная, центральная, восточная) в пределах 50...60' северной широты. При таком расположении станций на каждом витке орбиты НКА наблюдается при углах возвышения не менее 5' в течение сеансов длительностью 1...5 ч. Сформированная в Баллистическом центре эфемеридная информация передается на борт НКА через сеть контрольно-измерительных станций ежесуточно. Среднеквадратическая погрешность эфемеридных данных для наименее благоприятных условий составляет по высоте 5 м, вдоль орбиты 20 м, по нормали к плоскости орбиты 10 м.
Прн благоприятных условиях погрешности по высоте и вдоль орбиты приблизительно в два раза меньше. Подсистема частотно-временного обеспечения содержит: — наземный центральный синхронизатор на основе водородного стандарта частоты с относительным среднеквадратическим отклонением среднесуточных значений частоты не более 3 10 '; — радиотехническую «беззапросную» измерительную станцию; — ралиотехническую «запросную» измерительную станцию. Центральный синхронизатор формирует ШВ системы и опорные сигналы для «беззапросной» измерительной станции. Принцип определения поправок бортовой ШВ состоит в следующем [1171, На «беззапросной» измерительной станции для 1-го НКА производится измерение сдвига по времени т; широкополосной ПСП, модулирующей навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц, относительно опорного сигнала. На основании этих измерений определяют нсевдодальность л, = ст, этого НКА, отличающуюся от истинной дальности я; на неизвестную, но постоянную за время определения навигационных параметров величину бл; = сб,, где Ь, — сдвиг ШВ 1-го НКА относительно ШВ системы.
462 В.2. Основные нринциоы настроения и функционировании СРНС «Запросная» измерительная станция, вычисляя интервал времени т между излучением запросного сигнала и приемом сигнала бортового ответчика 1-го НКА, определяет расстояние до НКА Яи = ст;„погрешность которой не зависит от бортовой ШВ. Результаты одновременных измерений беззапросной и запросной измерительных станций поступают в Баплистический центр, где определяется значение сдвига ШВ 1-го НКА относительно ШВ системы: Ь, =(Я,. -Ян)ус. Опыт эксплуатации СРНС ГЛОНАСС показал, что при собственной среднесуточной нестабильности бортовой ШВ порядка 3 10 " погрешность (СКО) взаимной синхронизации бортовых ШВ любых двух НКА равна 20 нс (более подробно об этом см.
8 8.6). Контрольно-измерительный комплекс ОРБ состоит из сети наземных станций слежения, расположенных по всему миру. Сеть включает главную (ведущую) станцию, контрольные станции и три земные станции ввода данных на НКА. Главная станция контроля и управления находится на авиабазе Фалкон (Шривер) ВВС США в районе г. Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Основу главной станции составляет центр управления с вычислительным комплексом и средства передачи данных на земную станцию связи с НКА (1171. Контрольные станции в настоящее время размещены на атолле Диего- Гарсиа (архипелаг Чагос в Индийском океане), на о.
Вознесения (в Атлантическом океане), на Гавайях и атолле Кваджалейн (в Тихом океане); одна контрольная станция совмещена с главной станцией 1117]. Тот факт, что станции расположены сравнительно равномерно по Земному шару вблизи экватора, создает благоприятные условия для наблюдений НКА.
Перечисленные станции принимают сигналы спутников ОРБ и осуществляют специальные прецизионные измерения дальности до НКА, по которым на главной станции осуществляют точные расчеты параметров орбит, ионосферной модели и корректирующих поправок для бортовых часов. Для точного определения орбит НКА используют беззапросный метод. По соответствующим измерениям задержки дальномерных сигналов НКА осуществляется точное определение параметров орбит и параметров движения НКА. Через земные станции связи (атолл Диего-Гарсиа, о. Вознесения; атолл Кваджалейн) главная станция передает на борт каждого НКА эти параметры совместно с данными обработки метеорологической информации, позволяющей уточнить параметры модели тропосферы.
Производится также мониторинг состояния НКА и управление их работой. Сегмент управления устанавливает шкалу времени ОРБ, которая привязана к шкале времени ПТС (шкала Универсального координированного времени), поддерживаемой Военно-морской обсерваторией США. Начало отсчета времени установлено в полночь с 5 на 6 января 1980 г. Самой крупной единицей времени ОРБ является одна неделя, которая состоит из 604 800 с. Отсчет времени в ОРБ может 463 8. Спутниковые радионавигационные системы отличаться от УТС, поскольку ШВ ОРБ является непрерывной, а ШВ 1)ТС может корректироваться на целое число секунд.
В результате между ними имеется некоторое постоянно растущее расхождение. Передаваемые с НКА навигационные данные содержат следующую информацию о расхождениях шкал времени: — накопленное расхождение в целых секундах между ОРБ и 1)ТС; — данные для вычисления текущих поправок к бортовой ШВ НКА.
Точность этих данных такова, что погрешность алгоритмической привязки шкалы времени ОРБ к 1)ТС находится в пределах 90 нс (СКО). 8.3. Структура сигналов и сообщений СРНС При выборе типов и параметров сигналов, используемых в СРНС, необходимо учитывать комплекс требований и условий, подчас противоречащих друг другу. Прежде всего эти сигналы должны обеспечивать высокую точность измерения времени прихода (задержки) сигнала и его доплеровской частоты и высокую вероятность правильного декодирования навигационного сообщения. Для того чтобы сигналы отдельных спутников надежно различались АП, они должны иметь низкий уровень взаимной корреляции.
Кроме того, сигналы СРНС должны наилучшим образом использовать отведенную полосу частот при малом уровне внеполосного излучения, обладать высокой устойчивостью к преднамеренным и непреднамеренным помехам различных видов. Выполнить эти требования можно только при использовании сложных сигналов, база которых (произведение полосы на длительность) превышает единипу. В качестве таковых в обеих рассматриваемых СРНС используют сигналы с псевдослучайной фазовой манипуляцией. Имеющиеся различия в видах модулирующих ПСП, методе разделения сигналов НКА и способах передачи навигационного сообщения описаны далее.
8.3,1. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений ГЛОНАСС В спутниковой радионавигационной системе ГЛОНАСС применен частотный метод разделения сигналов различных НКА: каждый из них использует свою пару литерных частот, одна из которых принадлежит диапазону Еы другая — диапазону Е2 11141.
На этапе проектировании для СРНС ГЛОНАСС был принят следующий способ определения номинальных значений несущих частот в верхнем (Е,) и нижнем (еа) диапазонах: 8.3. Структура сигналов и сообщений СРОС Л» =Ло + й-"ф, ~~л = 1602 0000 МГц, Л1~ = 0,5625 МГц, 7ъе =,7ао + )1АЫт,о = 1246,0000 МГц, 67; = 0,4375 МГц, 7~ 4 !у~е = 9!7, где 1с — питера (условный порядковый номер) пары несущих частот 7', „н 7;, в диапазонах Е, и1ъ При этом крайним значениям литер к = 1 и )г = 24 соответствовалн следующие значения несущих частот: 7~ ~ = 1602,5625 МГц, 7щ4 = 1615,5000 МГц, 72 ~ = 1246,4375 МГц, Я м = 1256,5000 МГц. Однако, поскольку в непосредственной близости от рабочих частот ГЛОНАСС располагаются рабочие частоты систем спутниковой радиосвязи (полосы частот 1559,0...1610,0 МГц и 1215,0...1260,0 МГц), воздушной радионавигации (полоса частот 1535,0...1559,0 МГц), а также выделенная для нужд радиоастрономии полоса частот 1610,6...1613,8 МГц, план использования радиочастот в интересах ГЛОНАСС в дальнейшем пересматривапся.
В частности, было учтено, что даже при полном составе орбитальной группировки (24 НКА) для большинства потребителей (сухопутных, морских, воздушных) в зоне радиовидимости не может находиться более 12 НКА. Поэтому в целях сокращения ширины диапазона, занимаемого сигналами СРНС ГЛОНАСС, в 1993 г. было прннято решение для взаимно антнподных (находящихся в диаметрально противоположных точках орбиты) НКА использовать одинаковые литерные частоты, число которых в каждом диапазоне частот сокращено до 12. При этом в 1998 — 2005 гг. будут использоваться литеры несущих частот lг = 1, ..., 12, а с 2005 г.
литеры /с = — 7, ..., 4. Это обстоятельство необходимо иметь в виду, если АП используется на других космических аппаратах, высота орбиты которых позволяет одновременно «видеть» взаимно антиподные НКА. Для разделения сигналов в этих ситуациях необходимо использовать пространственную (за счет формы диаграммы направленности антенны АП) и доплеровскую селекции сигналов. Возможность последней следует из того факта, что для наземных объектов доплеровский сдвиг, обусловленный собственным движением НКА, может иметь максимальные значения ~5 кГц, а для низкоорбитальных космических объектов — до ~40 кГц. В аппаратуре потребителей поиск несущей частоты каждого НКА осуществляется в полосе порядка ~500 Гц относительно центральной частоты, прогнозируемой с учетом доплеровского сдвига. Таким образом, в АП космических объектов может быть реализована эффективная доплеровская селекция сигналов от всех радиовидимых НКА, в том числе взаимно антиподных НКА с одинаковыми литерными частотами.
Сигнал, излучаемый в диапазоне 1,ь подвергается относительной фазовой манипуляции (ОФМ) на к двумя ПСП: ПСП1 и ПСП2. Первая ПСП образуется сложением по модулю 2 трех двоичных сигналов (рис. 8.4): 465 8. Спутниковые радионавигационные системы Последовательность символов ПСП Последовательность символов МВ сс мс информационных и проверочных символов (т,=20 мс) Символы ОФМ Меандр тактовой (т 20 мс) синхрониаапни (Т =10 мс) Рис. 8.4. Принцип формирования модулирующей последовательности 466 — дальномерного кода стандартной точности (СТ), являющегося последовательностью максимальной длины (М-последовательностью) с тактовой частотой 7", = 511 кГц и периодом 1 мс (иногда для обозначения этого кода используется аббревиатура ПТ-код, т.
е. код пониженной точности); — двоичного сигнала навигационной информации (НИ) с тактовой частотой 50 Гц, передаваемого в виде строк длительностью 2 с; — сигнала тактовой синхронизации в виде меандра с частотой 100 Гц. Образующий полипом СТ-кода имеет вид ьт„(т) = 1 + тв + х'. Схема формирования дальномерного кода показана на рис. 8.5. Основным элементом этой схемы являются: регистр сдвига генератора ПСП, формирователь синхроимпульсов, а также триггеры синхронизации для формирования синхроимпульсов с периодом Тси = 1 мс и меандра тактовой синхронизации.
В каждой двухсекундной строке навигационного сообщения на интервале времени Тнп = 1,7 с передаются 85 двоичных символов длительностью т, = 20 мс каждый. В конце двухсекундной строки передается метка времени (МВ), представляющая собой укороченную на один символ 31-символьную М-последовательность длительностью Тмв = 0,3 с. В приемнике с помощью меаидра осуществляе(ся символьная синхронизация для МВ, а с помощью М — строчная и символьная синхронизация НИ.
Фронты меандра и границы символов МВ и НИ синхронизированы с высокой точностью (см. рис. 8.6). 8.3. Структура сигналов и сообщений СРНС Эталонная частота 5,0 МГц Ут= 0,511 МГц Регистр сдвига генератора ПСП :10 !10 + :50 5 6 7 8 9 ! ! ! установка все "Г ПСП к молулято у сб ос в "0" меанд тактовой Триггер синх онизации :50 000 синхронизации Т = 10 мс строб-импульсы Тон= 1 с Триггер синхроимпульсы Т 1 с от эталона частоты НКА син онизации к процессору Рис. 8.5. Схема формирования дальномерного кода Синхро- импульсы Тон= 1 с Тон=1 с Время Синхропульсы 10 мс ПСП из 511 символов; Тпсп =1 мс реня код ПСП (511 символов) !!!!!! Время -! -! -! -! -! ! т;-1,9569 мкс Рис. 8.6. Временная диаграмма сигналов СРНС ГЛОНАСС Вторая ПСП формируется по аналогичному принципу, однако в ней используется М-последовательность с тактовой частотой 5,11 МГц и периодом 1 мс, образующая дальномерный код высокой точности (ВТ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
